Οι ερευνητές προσθέτουν μια «συστροφή» στο κλασικό σχεδιασμό υλικών

Οι ερευνητές προσθέτουν μια «συστροφή» στον κλασικό σχεδιασμό υλικών

Χρονική σήμανση: 24 Ιανουαρίου 2024 11:23 π.μ.
Κόμβος πηγής: 3083160
24 Ιανουαρίου 2024

(Ειδήσεις Nanowerk) Researchers with the Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University and the DOE’s Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) grew a twisted multilayer crystal structure for the first time and measured the structure’s key properties. The twisted structure could help researchers develop next-generation materials for solar cells, quantum computers, lasers and other devices. “This structure is something that we have not seen before – it was a huge surprise to me,” said Yi Cui, a professor at Stanford and SLAC and paper co-author. “A new quantum electronic property could appear within this three-layer twisted structure in future experiments.” κείμενο ΛΕΖΑΝΤΑ

Προσθήκη στρώσεων, με μια συστροφή

The crystals the team designed extended the concept of epitaxy, a phenomenon that occurs when one type of crystal material grows on top of another material in an ordered way – kind of like growing a neat lawn on top of soil, but at the atomic level. Understanding epitaxial growth has been critical to the development of many industries for more than 50 years, particularly the semiconductor industry. Indeed, epitaxy is part of many of the electronic devices that we use today, from cell phones to computers to solar panels, allowing electricity to flow, and not flow, through them. To date, epitaxy research has focused on growing one layer of material onto another, and the two materials have the same crystal orientation at the interface. This approach has been successful for decades in many applications, such as transistors, light-emitting diodes, lasers and quantum devices. But to find new materials that perform even better for more demanding needs, like quantum computing, researchers are searching for other epitaxial designs – ones that might be more complex, yet better performing, hence the “twisted epitaxy” concept demonstrated in this study. In their experiment, detailed in Επιστήμη (“Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide”), οι ερευνητές πρόσθεσαν ένα στρώμα χρυσού ανάμεσα σε δύο φύλλα ενός παραδοσιακού ημιαγώγιμου υλικού, το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου (MoS2). Because the top and bottom sheets were oriented differently, the gold atoms could not align with both simultaneously, which allowed the Au structure to twist, said Yi Cui, Professor Cui’s graduate student in materials science and engineering at Stanford and co-author of the paper. “With only a bottom MoS2 στρώμα, ο χρυσός είναι ευτυχής να ευθυγραμμιστεί με αυτό, οπότε δεν συμβαίνει καμία συστροφή», είπε ο Cui, ο μεταπτυχιακός φοιτητής. «Αλλά με δύο στριμμένα MoS2 φύλλα, ο χρυσός δεν είναι σίγουρο ότι θα ευθυγραμμιστεί με το επάνω ή το κάτω στρώμα. Καταφέραμε να βοηθήσουμε τον χρυσό να λύσει τη σύγχυσή του και ανακαλύψαμε μια σχέση μεταξύ του προσανατολισμού του Au και της γωνίας συστροφής του διπλού στρώματος MoS2. "

Ζάπινγκ χρυσοί νανοδίσκοι

Για να μελετήσει λεπτομερώς το στρώμα χρυσού, η ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Στάνφορντ για Επιστήμες Υλικών και Ενέργειας (SIMES) και το LBNL θέρμανε ένα δείγμα ολόκληρης της δομής στους 500 βαθμούς Κελσίου. Στη συνέχεια έστειλαν ένα ρεύμα ηλεκτρονίων μέσω του δείγματος χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης (TEM), η οποία αποκάλυψε τη μορφολογία, τον προσανατολισμό και την καταπόνηση των νανοδίσκων χρυσού μετά την ανόπτηση στις διαφορετικές θερμοκρασίες. Η μέτρηση αυτών των ιδιοτήτων των νανοδίσκων χρυσού ήταν ένα απαραίτητο πρώτο βήμα προς την κατανόηση του πώς θα μπορούσε να σχεδιαστεί η νέα δομή για εφαρμογές πραγματικού κόσμου στο μέλλον. «Χωρίς αυτή τη μελέτη, δεν θα ξέραμε αν ήταν ακόμη δυνατή η συστροφή ενός επιταξιακού στρώματος μετάλλου πάνω από έναν ημιαγωγό», είπε ο Cui, ο μεταπτυχιακός φοιτητής. «Η μέτρηση της πλήρους δομής τριών στρωμάτων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο επιβεβαίωσε ότι όχι μόνο ήταν δυνατό, αλλά και ότι η νέα δομή μπορούσε να ελεγχθεί με συναρπαστικούς τρόπους». Στη συνέχεια, οι ερευνητές θέλουν να μελετήσουν περαιτέρω τις οπτικές ιδιότητες των νανοδίσκων χρυσού χρησιμοποιώντας το TEM και να μάθουν εάν ο σχεδιασμός τους αλλάζει τις φυσικές ιδιότητες όπως η δομή ζώνης του Au. Θέλουν επίσης να επεκτείνουν αυτή την ιδέα για να προσπαθήσουν να χτίσουν δομές τριών στρωμάτων με άλλα υλικά ημιαγωγών και άλλα μέταλλα. «Αρχίζουμε να διερευνούμε εάν μόνο αυτός ο συνδυασμός υλικών το επιτρέπει ή αν συμβαίνει ευρύτερα», είπε ο Μπομπ Σινκλέρ, καθηγητής Charles M. Pigott στη σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Στάνφορντ και συν-συγγραφέας του χαρτιού. «Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει μια εντελώς νέα σειρά πειραμάτων που μπορούμε να δοκιμάσουμε. Θα μπορούσαμε να βρούμε ολοκαίνουργιες ιδιότητες υλικών που θα μπορούσαμε να εκμεταλλευτούμε.”

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ